辐射法制备环氧功能化聚乙烯...及在尼龙6增韧改性中的应用_梁青如.pdf

第 41 卷 第 1 期2023 年 2 月辐射研究与辐射工艺学报 J.Radiat.Res.Radiat.PVol.41,No.1February 2023辐射法制备环 氧 功 能 化 聚 乙 烯-辛烯 及在尼 龙 6 增 韧 改 性 中 的 应 用梁青如1 季珎琰2 董春雷2 张 帆2 邢 哲2 安雅睿1 吴国忠2,31（上海理工大学 上海 200093）2（中国科学院上海应用物理研究所 上海 201800）3（上海科技大学 上海 200031）摘要 利用60Co 射线辐射接枝法制备环氧功能化的乙烯-辛烯共聚物（POE-g-PGMA），并且采用双螺杆熔融挤出法制备添加POE-g-PGMA的尼龙6/聚乙烯-辛烯（PA6/POE）合金。研究了添加POE-g-PGMA对PA6/POE合金力学性能、热性能、表面形貌、界面相容性和吸水特性的影响。结果表明：射线引发了GMA在POE上的接枝聚合反应，PA6/POE合金断面的SEM照片显示添加POE-g-PGMA后POE分散相粒径显著减小，表明POE-g-PGMA起到增容剂的作用；Molau试验的结果证实了POE-g-PGMA与PA6之间的增容反应；热分析表明，分散相POE及POE-g-PGMA的加入对PA6的熔融行为影响不大，但在降温结晶过程中结晶温度提前约18 C，结晶度提升约为4.5%。此外，与未增容PA6/POE合金相比，增容PA6/POE合金的缺口冲击强度显著提高，在本实验条件下，POE-g-PGMA添加量为3%时缺口冲击强度最高值为纯PA6的2.75倍。关键词 辐射接枝，环氧功能化，尼龙6，界面相容性，缺口冲击强度中图分类号 TQ323，TL13DOI:10.11889/j.1000-3436.2022-0107Epoxy-functionalized polyethylene-octene prepared by-ray radiation and its application in polyamide 6 toughening modificationLIANG Qingru1 JI Zhenyan2 DONG Chunlei2 ZHANG Fan2 XING Zhe2 AN Yarui1 WU Guozhong2,31(University of Shanghai Science and Technology,Shanghai 200093,China)2(Shanghai Institute of Applied Physics,Chinese Academy of Sciences,Shanghai 201800,China)3(Shanghai Tech University,Shanghai 200031,China)ABSTRACT Epoxy-functionalized ethylene-octene copolymer(POE-g-PGMA)was prepared by 60Co -ray radiation,and polyamide 6/polyethylene-octene blend(PA6/POE)containing POE-g-PGMA was prepared by twin-screw melt extrusion.In this study,the mechanical properties,thermal properties,surface morphology,interfacial compatibility,and water absorption properties of PA6/POE blends with added POE-g-PGMA were investigated.The 基金资助：中国科学院上海应用物理研究所重大科技项目（E215101031）资助第一作者：梁青如，男，1998年2月出生，2020年于洛阳师范学院获得学士学位，现为上海理工大学在读硕士研究生，化学工程专业通信作者：吴国忠，研究员，E-mail：；邢哲，助理研究员，E-mail：收稿日期：初稿 2022-10-14；修回 2022-11-28Supported by Major Scientific and Technological Project of Shanghai Institute of Applied Physics,Chinese Academy of Chinese Academy of Sciences(E215101031)First author:LIANG Qingru(male)was born in February 1998,and obtained his bachelors degree from Luoyang Normal University in 2020.Now he is a graduate student at University of Shanghai Science and Technology,majoring in chemical engineeringCorresponding author:WU Guozhong,professor,E-mail:;XING Zhe,assistant professor,E-mail:Received 14 October 2022;accepted 28 November 2022梁青如等：辐射法制备环氧功能化聚乙烯-辛烯及在尼龙6增韧改性中的应用0102022results showed that GMA was successfully grafted on POE by-ray radiation.The morphological analysis showed that the addition of POE-g-PGMA enhanced the dispersion of POE particles in the PA6 matrix.In particular,it demonstrated that with the addition of POE-g-PGMA,pure PA6 has good interfacial compatibility with POE.The results of the Molau test confirmed the compatibilization reactions between POE-g-PGMA and PA6.The thermal analysis showed that the addition of POE and POE-g-PGMA in the dispersed phase had negligible effect on the melting behavior of PA6;however,the crystallization temperature of PA6 improved by approximately 18 C during the cooling crystallization process,and the crystallinity increased by approximately 4.5%.Furthermore,the impact strength of the compatibilized PA6/POE blend was significantly higher than that of the PA6/POE blend,with the highest value of impact strength obtained at a POE-g-PGMA content of 3%being approximately 2.75 times greater than that of pure PA6 under the experimental conditions.KEYWORDS Radiation grafting,Epoxy functionalization,Polyamide 6,Interfaciale compatibility,Notched impact strengthCLC TQ323,TL13聚酰胺（Polyamide，PA）俗称尼龙，是一种具有良好力学性能、耐磨损性、耐腐蚀性、低摩擦系数等12优点的热塑性工程塑料，在3D打印基材、润滑剂、家装耗材、电子元配件等领域有广泛应用。一方面，聚酰胺分子主链上存在酰胺官能团导致高吸水率，引起产品尺寸不稳定；另一方面，聚酰胺的抗冲击性能差和成型收缩率高，导致其在使用中存在一些缺陷。因此，如何在改善聚酰胺冲击强度和降低吸水率的同时保持一定力学性能是实际工业应用中需要解决的问题。在聚酰胺中添加聚乙烯、聚丙烯等聚烯烃或其他聚烯烃弹性体3-6能有效改善其冲击强度。El-Wakil 等7利用马来酸酐接枝低密度聚乙烯（LDPE-g-MA）作为质量比为80/20的LDPE/PA6体系的相容剂时发现，LDPE-g-MA 质量分数为 8%时，PA6 在 LDPE 基体中分布规则，且粒径缩小至240 nm，拉伸强度、弯曲强度等机械性能较未添加相容剂的LDPE/PA6有所提升。Silva等8以马来酸酐接枝高密度聚乙烯（HDPE-alt-MAH）为相容剂增容了质量比为25/75的HDPE/PA12体系，发现该体系经质量分数2%的HDPE-alt-MAH增容后具有了更高的硬度、韧性、强度和抗变形能力，更适合工程应用。Liu等9以衣康酸（ITA）为接枝单体通过熔体接枝法制备了接枝率为1.36%的衣康酸接枝的聚乙烯-辛烯（POE-g-ITA），在与PA6熔融共混过程中，增容剂POE-g-ITA与PA6发生原位反应生成嵌段共聚物POE-PA6，改善了PA6/POE共混物的相容性，增强了共混物的冲击强度，共混物缺口冲击强度最高达到 103.2 kJ/m2，约为纯 PA6 的 12 倍。Esmizadeh等10评价了同时添加碳纳米管（CNTs）和马来酸酐接枝的三元乙丙橡胶（EPDM-g-MA）对两种不同分子量 PA6 的韧性效果。在引入 CNTs 后，EPDM-g-MA的颗粒尺寸明显减小，并伴有形状变化，在机械性能和动态力学性能方面都显现出引入CNTs在保持原有性能下有较明显的改善。Lin等11研究了马来酸酐接枝聚乙烯-辛烯共聚物（POE-g-MAH）对尼龙6/烯烃嵌段共聚物（PA6/OBC）体系形态、流变行为和机械性能的影响。SEM分析表明，POE-g-MAH的加入增强了OBC颗粒在PA6基体中的分散性。PA6/OBC体系的流变行为随POE-g-MAH含量的增加而改善。含质量分数7%的POE-g-MAH时共混体系冲击强度比纯PA6的冲击强度高约两倍。向不相容的共聚物共混体系中加入相容剂可以改善共混体系相容性，提高其力学性能12。辐射接枝法13-14制备相容剂，相比于溶液法15、熔融法16、固相法17和悬浮法18制备相容剂，是一种快捷、后处理简单、易实现经济生产的方法。Tan19研究了射线引发马来酸酐（MAH）接枝PP的反应，探讨了 MAH 浓度和吸收剂量对接枝度的影响。Jha等20在水介质中将甲基丙烯酸（MAA）辐射接枝到POE表面，结果表明，极性MAA的接枝改善了POE表面的亲水性，但并未改变原材料力学性能，在一定程度上扩大了POE的应用范围。目前，关于接枝羧酸或酸酐到聚烯烃上进行增容的研究有很多，但是利用辐射接枝法制备环氧功能型聚烯烃后反应共混增容的研究还鲜见报道。本文选用60Co 射线源，以乙烯-辛烯共聚物（POE）为基材，选用甲基丙烯酸缩水甘油酯（GMA）为功能基团单体，制备了POE-g-PGMA增容剂。重点考察了辐射法制备的增容剂在PA6/POE合金中辐 射 研 究 与 辐 射 工 艺 学 报 2023,41:0102020102023的增韧改性应用